2013年秦皇岛连续两次降水过程对比分析

张道平，张 静（. 海军9785部队，河北 秦皇岛 06600；. 秦皇岛气象台，河北 秦皇岛 066000）

2013年秦皇岛连续两次降水过程对比分析

张道平1，张 静2
（1. 海军92785部队，河北 秦皇岛 066200；2. 秦皇岛气象台，河北 秦皇岛 066000）

利用常规气象观测资料、自动站资料及卫星资料，从大尺度环流背景和水汽、动力、热力条件出发，对2013年8月底东北冷涡影响下秦皇岛两次降水过程进行对比分析。结果表明：由于处在东北冷涡发展的不同阶段，中低层温度场配置不同，两次过程降水特点极不相同。8月27日降水是一次连续的区域性降水过程，以层状云降水为主，降水均匀连续，8月31日至9月2日是冷涡后部西北气流影响下的数日局地性对流降水，具有很强的突发性。

东北冷涡；区域性降水；局地对流性降水；对比分析

东北冷涡是东亚大气环流的重要组成部分，也是中国东北地区特有的重要天气系统，它出现在35°～60°N，115°～145°E范围内[1]。造成秦皇岛强对流的冷涡多来自贝加尔湖南下后经蒙古向东南方向移动的冷涡，也有一些来自河套北部向偏东方向移动的冷涡。强对流天气常常发生在低涡外围东南及西南象限，且500 hPa上伴有≥20 m/s的风速急流带[2]。高空冷涡在形成降水时形势复杂，在冷涡云系附近或后部都有可能不同程度的出现对流云的发展，尤其是冷涡后部的晴空区，常有高空冷平流和低空暖平流迭加，加上地面白天辐射增温，形成不稳定层结，有利于对流性天气的发展[3]。东北冷涡连续诱发突发性强对流天气是其主要特征[4]。渤海半封闭型的海域能够加强冷涡的强度，提供水汽，同时其海岸线及其周围的特殊地形对对流的发生也有很大的贡献[5]。由于其具有尺度小、突发性强等特点，当前的业务难以作出长时效预报，更多依赖于雷达临近预报。利用常规气象观测资料、自动站资料及卫星资料对冷涡背景下河北省两次性质不同的降水过程进行对比分析，讨论在相似的环流背景下降水过程的水汽、动力和热力结构等方面的差异，为今后的环境预报提供参考。

1 降水过程概述

2013年8月27日至28日（过程一）和8月31日至9月2日（过程二），秦皇岛受东北冷涡影响，连续发生两次性质不同的降水天气过程，它们均由冷涡后部的冷空气所触发，但又有着明显的区别。

过程一降水发生在8月27日20时至8月28日20时，是一次连续的区域性降水过程。这次降水过程范围广，降水连续，比较均匀，持续时间长。由于低涡系统偏北，降水自河北省西北面开始，之后雨带略呈东北—西南向东移，东北部地区雨量较大。在FY-2C卫星云图上可以看出，主要为层状云降水。

过程二降水发生在8月31日至9月2日连续每天的傍晚或午后，是冷涡后部西北气流造成的秦皇岛局地对流性降水天气过程，降水突发性强，历时短，根据区域站资料，伴随有暴雨、雷雨大风出现。在FY-2C卫星云图上表现为对流单体。T-logP图显示：过程一降水发生时北京站对流有效位能为200 J/kg，低层湿中层干冷，存在不稳定层结，但较浅薄；而过程二降水发生时乐亭站对流有效位能为1 640 J/kg，湿度小，不稳定层结十分深厚，并且在近地面层西北风与东南风对吹，利于局地对流发展。

2 大尺度环流背景

过程前期，500 hPa东亚中高纬呈两槽一脊型，深厚的东北冷涡（128°E，55°N，中心位势高度5 480 gpm）稳定维持在东北北部，贝加尔湖和鄂霍次克海地区分别为一阻塞高压，贝加尔湖南面有一低槽发展。

过程一发生时（见图1a），贝加尔湖南面的低槽发展为东蒙处的低涡，位势高度中心值为5 600 gpm，位于110°E，48°N附近，有冷槽与之配合，是一个深厚系统。贝加尔湖和大兴安岭地区分别为一高压脊。由于贝湖高脊不断发展和东北冷涡的阻挡作用，东蒙冷涡不断发展，移动缓慢。低纬西太平洋副热带高压西脊点在105°E，脊线在28°N附近，2～3日降水过程中稳定少动，使得西南气流稳定维持。河北省处于东蒙冷涡的前底部，受偏西气流控制，冷涡后部有冷空气南下。700 hPa、850 hPa和925 hPa上东蒙地区有相应的低涡和切变发展东移，西南气流达到急流标准。所以，过程一降水是由东蒙地区冷涡后部冷空气南下与副高外围西南暖湿气流作用产生。

过程二发生时（见图1b），系统发展东移，31日08时前期东北冷涡后部的冷空气与东蒙冷涡后部的冷空气发展合并在东北地区生成新的东北冷涡，500 hPa上东亚阻塞形式建立，使得东北冷涡停止少动。河北省处在东北冷涡后底部的西北气流中，低涡与冷中心（-20℃）相配合，槽后有明显的冷平流，400 hPa附近有风速大于20 m/s的急流出现。而此时850 hPa对应暖脊，形成了下暖上冷的不稳定层结。

对比分析，过程一冷涡初步形成，较弱，中心最低值为560 gpm，河北省位于低涡前底部。过程二低涡发展强盛，中心最低值为552 gpm，河北省位于低涡后底部。

图1 2013年8月28日08时（a）和8月31日08时（b）500 hPa高度场和温度场分布

3 水汽条件分析

水汽通量散度可清楚反映水汽在降水区的输入输出状况。低空西南风急流较接近地面，比湿大，是降水区所需水汽的最大提供者。

过程一降水开始前850 hPa水汽通量散度强辐合区位于河北省西部上空，由于西太平洋副热带高压的稳定维持，暖湿的东南气流和西南气流在河北省西北部形成低空辐合，28日08时925 hPa上超低空南风急流建立，低层水汽通道顺畅，带来源源不断的水汽，降水加强，850 hPa水汽通量散度强辐合区东移，低层出现大面积辐合，中心值达-16×10-5·S-1。同时500 hpa以下整层相对湿度大于75%，水汽输送与雨带配合较好。

过程二31日至2日每次降水开始前天空状况均晴好，河北省东部上空整层相对湿度小于40%，低层没有明显的水汽辐合，700～500 hPa高度上水汽含量少，降水过程中湿度也不大，无西南气流影响。

对比两次过程中的水汽条件可知，连续的区域性降水需要源源不断的水汽供应，低层西南气流的存在很重要；局地对流性降水不需要持续的水汽条件，中层大气干燥反而有利于对流发展。

4 动力条件分析

4.1 高低空急流及低层切变线

低空急流是暴雨区低空对流不稳定层结的建立者和维持者，是低空天气尺度上升气流的建立者和对流不稳定能量释放的触发者。高空西风急流是产生高空辐散的机制之一。通过分析两次过程中的高低空急流发现：

过程一降水开始前27日20时，高、低空没有急流建立，冷涡后部冷空气南下与暖湿气流产生的中层切变是这次降水的主要触发机制。随着低涡发展东移，28日08时在河北省东部上空850 hPa出现最大风速为16 m/s的低空急流，并且200 hPa上高空急流建立，这种高低空急流的耦合作用使得降水在东部加强，此时冷的偏北气流占主导地位，切变压至低层。28日20时高空急流仍然存在且加强，切变也仍然维持，但低空急流减弱消失，水汽输送断裂，导致降水减弱停止。

过程二降水开始前31日08时没有低空急流建立，200 hPa存在高空急流，并且在400 hPa附近有≥20 m/s的风速急流带，这与河北省天气预报手册中总结的略有不同（500 hPa存在≥20 m/s的风速急流带），考虑是因为季节不同所致，类似的强过程主要发生在6月。随着低涡东移，中、高层的急流都减弱消失。分析图2（a、b），秦皇岛东部冷空气占主导，中层存在风速的切变，在冷涡后部不断有冷空气南下，而秦皇岛东部又临渤海，海气的相互作用使得地面辐合线生成并维持，考虑这是造成过程二连续几日在同一地方产生对流天气的原因。

图2 2013年8月27日20时（a）和2013年8月31日08时（b）风矢量

4.2 散度场和垂直速度场

过程一降水开始时（27日20时，图3a）河北省上空低层的辐合偏弱，中心值为-1.2×10-5·S-1，中层辐散较强，中心值达3.4×10-5·S-1，随着降水东移加强（28日08时，图3b），辐合辐散中心也逐渐东移增强，低层925 hPa出现强辐合中心，最小值达-2.6×10-5·S-1，500 hPa上有辐散中心存在，中心值为3.4×10-5·S-1。低层辐合高层辐散的增强有利于增大上升运动，使得中小尺度对流雨带更加活跃。

过程二31日至2日降水发生前河北省东部上空均为辐散，低层没有明显的辐合中心存在，河北东部地区为一致下沉气流。过程一降水开始前河北省西部上空对流层高层上升运动强烈，在对流层低层上升气流偏弱，到28 日08时，河北省上空整层均为强上升气流，东部700 hPa有大值中心存在，中心值为30 m/s。至28 日20时低层上升气流逐渐减弱，降水趋于结束。

对两次过程的动力条件分析可知，连续的区域性降水存在明显的低层辐合高层辐散，需要有较强的上升气流；局地对流性降水动力作用不明显，没有明显的低层辐合高层辐散，也没有上升气流，因此，过程二主要以热力作用为主。

5 热力条件分析

5.1 水平温度平流

过程一降水开始前，27日20时（图4a），河北省位于槽前西南暖湿气流当中。从温度平流剖面图上可以看到对流层整层为暖平流。随着降水开始，冷平流从中层侵入，推动暖平流向东移动，系统东移，雨带东移南压，但低层仍为暖平流所控制，暖中心位于925 hPa，28日08时（图4b），中层700～500 hPa为冷平流，属于冷锋锋面降水。

过程二31日至2日降水发生前，河北省东部地区位于深厚的东北冷涡后底部，高低层为一致西北气流。温度平流剖面图上对流层整层冷平流占主导地位，但每日在925 hPa到地面河北省东部都有弱暖平流存在，这种下暖上冷的层结极不稳定，有利于激发对流天气。

图4 2013年8月27日20时（a）和8月28日08时（b）温度平流

5.2 地面辐射增温

过程一前期不存在辐射增温作用。过程二降水连续三天均发生在午后到傍晚，且上午天空状况均晴好，太阳辐射有着重要的作用，地面辐射增温是冷涡诱发的对流性天气的重要因素。午后地面增温使得垂直层结由稳定变为不稳定，有利于产生热力对流。31日、1日和2日14时的地面气温分别是29℃、28℃、26℃，而高层东北冷涡后部不断有冷空气南下，对流有效位能增大，触发河北省东部局地对流天气。

6 结论与讨论

（1）8月27日至28日这次降水过程是一次连续的区域性降水过程，它发生在东北冷涡发展的初期，由冷涡后部冷空气与副高外围暖湿西南气流相互作用产生。降水过程中存在明显的高低空急流，低空西南急流为降水提供了重要的水汽和动力条件，降水过程中存在大范围的低层辐合高层辐散场，相应有持续的上升运动，大气层结比较稳定。

（2）8月31日至9月2日是连续数日在河北省东部出现的区域性对流天气过程，它发生在东北冷涡发展的强盛时期，由冷涡后部不断南下的冷空气所致。降水前期水汽条件不好，无西南气流影响，没有明显的大范围的低空辐合高空辐散场，但上冷下暖的大气层结极不稳定，热力作用明显，午后地面增温和海气相互作用等因素，也有利于强对流天气的发生。

[1]孙力，邦秀雅，王琪.东北冷涡的时空分布特征及其与东亚大型环流系统之间的关系[J].应用气象学报，1994，5（3）：297-303.

[2]寿绍文.中尺度气象学[M].北京：气象出版社，2003：55-62，359-365.

[3]陈立强，张立祥，杨森.东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析[J].气象与环境学报，2006，22（6）：1-5.

[4]朱乾根，林锦瑞，寿绍文.天气学原理与方法[M].4版.北京：气象出版社，2000.

[5]许爱华，许彬，刘晓晖.2003年4月9～13日连续暴雨和强对流天气过程分析及灾情评述[J].江西气象科技，2003，26（3）：13-16.

[6]黄克慧，吴贤笃，张天河.高空偏西气流下的连续性暴雨过程分析[J].浙江气象，28（3）17-21.

（编辑：周利海）

The Analysis and Comparison on the Processes of Two Continuous Rainfall in Qinhuangdao Area in 2013

Zhang Daoping1,Zhang Jing2
（1.NO.92785 Unit of PLAN,Qinhuangdao Hebei 066200,China；2.Weather Bureau of Qinhuangdao,Qinhuangdao Hebei 066000,China）

Using conventional meteorological observation data,automatic station data and satellite data,by analyzing the large scale circulation background，the water vapor distribution,dynamic and thermal conditions,two rainfall processes were analyzed under the background of northeast cold vortex in late Aug 2013.The results showed that the presentation of two rainfalls have obvious difference because there are different configuration in the temperature field of low-middle layer in the different developing stages of cold vortex.A regional continuous rainfall took place on august 27,it presented the characteristic of stratiform cloud rainfall,and being stable and continuous.The rainfall from August 31to September 2 can be determined scattered local convective rainfall with uncertain nature in several days due to the impact of northwest airflow in back of the cold vortex.

northeast cold vortex；regional precipitation；local convective precipitation；comparison and analysis

P458.1

A

1008-813X（2014）03-0023-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2014.03.07

2014-03-11

张道平（1973-），男，山东济南人，毕业于南京海军工程学院物理海洋专业，工程师，主要从事海岸带-海区灾害天气预报研究工作。